دراسة مقاومة التآكل لطلاء سيراميك الألومينا المقوى بالجرافين/أنابيب الكربون النانوية

1. إعداد الطلاء
من أجل تسهيل الاختبار الكهروكيميائي اللاحق، تم اختيار 30 مم × 4 مم 304 الفولاذ المقاوم للصدأ كقاعدة.قم بتلميع وإزالة طبقة الأكسيد المتبقية وبقع الصدأ على سطح الركيزة باستخدام ورق الصنفرة، ثم ضعها في كوب يحتوي على الأسيتون، ثم عالج البقع الموجودة على سطح الركيزة باستخدام منظف بالموجات فوق الصوتية bg-06c من شركة Bangjie للإلكترونيات لمدة 20 دقيقة، ثم قم بإزالتها تآكل الحطام على سطح الركيزة المعدنية بالكحول والماء المقطر، وتجفيفها بمنفاخ.بعد ذلك تم تحضير الألومينا (Al2O3) والجرافين وأنابيب الكربون النانوية الهجينة (mwnt-coohsdbs) بنسب (100: 0: 0، 99.8: 0.2: 0، 99.8: 0: 0.2، 99.6: 0.2: 0.2)، ووضعها في مطحنة الكرة (qm-3sp2 من مصنع أدوات نانجينغ ناندا) لطحن الكرة وخلطها.تم ضبط سرعة الدوران لمطحنة الكرات على 220 دورة / دقيقة، وتم تحويل مطحنة الكرات إلى

بعد طحن الكرة، اضبط سرعة دوران خزان طحن الكرة لتكون 1/2 بالتناوب بعد اكتمال طحن الكرة، واضبط سرعة دوران خزان طحن الكرة لتكون 1/2 بالتناوب بعد اكتمال طحن الكرة.يتم خلط الركام والموثق الخزفي المطحون بالكرة بالتساوي وفقًا لكسر الكتلة 1.0 ∶ 0.8.وأخيرًا، تم الحصول على طلاء السيراميك اللاصق عن طريق عملية المعالجة.

2. اختبار التآكل
في هذه الدراسة، يعتمد اختبار التآكل الكهروكيميائي محطة العمل الكهروكيميائية Shanghai Chenhua chi660e، ويعتمد الاختبار نظام اختبار ثلاثي الأقطاب.قطب البلاتين هو القطب المساعد، وقطب كلوريد الفضة الفضي هو القطب المرجعي، والعينة المطلية هي القطب العامل، مع مساحة تعرض فعالة تبلغ 1 سم 2.قم بتوصيل القطب المرجعي، والقطب العامل، والقطب المساعد في خلية التحليل الكهربائي بالأداة، كما هو موضح في الشكلين 1 و2. قبل الاختبار، انقع العينة في المنحل بالكهرباء، وهو محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5%.

3. تحليل التافيل للتآكل الكهروكيميائي للطلاءات
يوضح الشكل 3 منحنى Tafel للركيزة غير المطلية وطلاء السيراميك المطلي بإضافات نانو مختلفة بعد التآكل الكهروكيميائي لمدة 19 ساعة.يوضح الجدول 1 جهد التآكل وكثافة تيار التآكل وبيانات اختبار المعاوقة الكهربائية التي تم الحصول عليها من اختبار التآكل الكهروكيميائي.

يُقدِّم
عندما تكون كثافة تيار التآكل أصغر وتكون كفاءة مقاومة التآكل أعلى، يكون تأثير مقاومة التآكل للطلاء أفضل.يمكن أن نرى من الشكل 3 والجدول 1 أنه عندما يكون وقت التآكل 19 ساعة، يكون الحد الأقصى لجهد التآكل لمصفوفة المعدن العاري هو -0.680 فولت، وتكون كثافة تيار التآكل للمصفوفة هي أيضًا الأكبر، حيث تصل إلى 2.890 × 10-6 أمبير /سم2. عند الطلاء بطبقة سيراميك الألومينا النقية، انخفضت كثافة تيار التآكل إلى 78% وكانت PE 22.01%.إنه يُظهر أن طلاء السيراميك يلعب دورًا وقائيًا أفضل ويمكنه تحسين مقاومة التآكل للطلاء في المنحل بالكهرباء المحايد.

عند إضافة 0.2% mwnt-cooh-sdbs أو 0.2% جرافين إلى الطلاء، انخفضت كثافة تيار التآكل، وزادت المقاومة، وتحسنت مقاومة الطلاء للتآكل بشكل أكبر، مع PE بنسبة 38.48% و40.10% على التوالي.عندما يتم طلاء السطح بـ 0.2% mwnt-cooh-sdbs و0.2% طلاء ألومينا مختلط من الجرافين، يتم تقليل تيار التآكل بشكل أكبر من 2.890 × 10-6 أمبير / سم2 وصولاً إلى 1.536 × 10-6 أمبير / سم2، وهي المقاومة القصوى القيمة، زادت من 11388 Ω إلى 28079 Ω، ويمكن أن يصل PE للطلاء إلى 46.85%.لقد أظهر أن المنتج المستهدف المجهز يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل، وأن التأثير التآزري لأنابيب الكربون النانوية والجرافين يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة التآكل لطلاء السيراميك.

4. تأثير وقت النقع على مقاومة الطلاء
من أجل مواصلة استكشاف مقاومة الطلاء للتآكل، مع الأخذ في الاعتبار تأثير وقت غمر العينة في المنحل بالكهرباء على الاختبار، يتم الحصول على منحنيات التغيير لمقاومة الطلاءات الأربعة في وقت غمر مختلف، كما هو موضح في الشكل 4.

يُقدِّم
في المرحلة الأولية من الغمر (10 ساعات)، بسبب الكثافة الجيدة وبنية الطلاء، يصعب غمر المنحل بالكهرباء في الطلاء.في هذا الوقت، يظهر طلاء السيراميك مقاومة عالية.بعد النقع لفترة من الوقت، تنخفض المقاومة بشكل ملحوظ، لأنه مع مرور الوقت، يشكل المنحل بالكهرباء تدريجيا قناة تآكل من خلال المسام والشقوق في الطلاء ويخترق المصفوفة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في مقاومة الطلاء.

في المرحلة الثانية، عندما تزيد منتجات التآكل إلى كمية معينة، يتم حظر الانتشار ويتم سد الفجوة تدريجيًا.في الوقت نفسه، عندما يخترق الإلكتروليت واجهة الترابط للطبقة / المصفوفة السفلية الرابطة، سوف تتفاعل جزيئات الماء مع عنصر الحديد في المصفوفة عند تقاطع الطلاء / المصفوفة لإنتاج طبقة رقيقة من أكسيد المعدن، مما يعيق عملية الترابط. اختراق المنحل بالكهرباء في المصفوفة ويزيد من قيمة المقاومة.عندما تتآكل المصفوفة المعدنية العارية كهروكيميائيًا، يتم إنتاج معظم الترسيب الندف الأخضر في الجزء السفلي من المنحل بالكهرباء.لم يتغير لون المحلول الإلكتروليتي عند التحليل الكهربائي للعينة المطلية، مما يمكن أن يثبت وجود التفاعل الكيميائي أعلاه.

نظرًا لقصر وقت النقع وعوامل التأثير الخارجية الكبيرة، من أجل الحصول على علاقة تغيير دقيقة للمعلمات الكهروكيميائية، يتم تحليل منحنيات Tafel البالغة 19 ساعة و19.5 ساعة.يتم عرض كثافة تيار التآكل والمقاومة التي تم الحصول عليها بواسطة برنامج تحليل zsimpwin في الجدول 2. ويمكن العثور على أنه عند نقعه لمدة 19 ساعة، مقارنة بالركيزة العارية، تكون كثافة تيار التآكل للألومينا النقية والطلاء المركب للألومينا الذي يحتوي على مواد مضافة نانوية هي أصغر وقيمة المقاومة أكبر.إن قيمة مقاومة الطلاء الخزفي المحتوي على أنابيب الكربون النانوية والطلاء المحتوي على الجرافين هي نفسها تقريبًا، في حين يتم تعزيز بنية الطلاء بأنابيب الكربون النانوية والمواد المركبة من الجرافين بشكل كبير، وذلك لأن التأثير التآزري لأنابيب الكربون النانوية أحادية البعد والجرافين ثنائي الأبعاد يحسن مقاومة التآكل للمادة.

مع زيادة زمن الغمر (19.5 ساعة)، تزداد مقاومة الركيزة العارية، مما يشير إلى أنها في المرحلة الثانية من التآكل ويتم إنتاج فيلم أكسيد المعدن على سطح الركيزة.وبالمثل، مع زيادة الوقت، تزداد أيضًا مقاومة طلاء سيراميك الألومينا النقي، مما يشير إلى أنه في هذا الوقت، على الرغم من وجود تأثير بطيء لطلاء السيراميك، فقد اخترق المنحل بالكهرباء واجهة الترابط للطلاء / المصفوفة، وأنتج فيلم أكسيد من خلال التفاعل الكيميائي.
بالمقارنة مع طلاء الألومينا الذي يحتوي على 0.2% mwnt-cooh-sdbs، وطلاء الألومينا الذي يحتوي على 0.2% جرافين وطلاء الألومينا الذي يحتوي على 0.2% mwnt-cooh-sdbs و0.2% جرافين، انخفضت مقاومة الطلاء بشكل ملحوظ مع زيادة الوقت، وانخفضت. بنسبة 22.94% و25.60% و9.61% على التوالي، مما يشير إلى أن المنحل بالكهرباء لم يخترق المفصل بين الطلاء والركيزة في هذا الوقت، وذلك لأن بنية أنابيب الكربون النانوية والجرافين تمنع اختراق المنحل بالكهرباء إلى الأسفل، وبالتالي حماية المصفوفة.يتم التحقق من التأثير التآزري للاثنين بشكل أكبر.يتمتع الطلاء الذي يحتوي على مادتين نانو بمقاومة أفضل للتآكل.

من خلال منحنى Tafel ومنحنى التغيير لقيمة المعاوقة الكهربائية، وجد أن طلاء سيراميك الألومينا مع الجرافين وأنابيب الكربون النانوية وخليطها يمكن أن يحسن مقاومة التآكل للمصفوفة المعدنية، ويمكن للتأثير التآزري للاثنين أن يزيد من تحسين التآكل مقاومة طلاء السيراميك اللاصق.من أجل مواصلة استكشاف تأثير إضافات النانو على مقاومة التآكل للطلاء، تمت ملاحظة الشكل السطحي الدقيق للطلاء بعد التآكل.

يُقدِّم

يوضح الشكل 5 (A1، A2، B1، B2) الشكل السطحي للفولاذ المقاوم للصدأ 304 المكشوف وسيراميك الألومينا النقي المطلي بتكبير مختلف بعد التآكل.يوضح الشكل 5 (A2) أن السطح بعد التآكل يصبح خشنًا.بالنسبة للركيزة العارية، تظهر عدة حفر تآكل كبيرة على السطح بعد الغمر في المنحل بالكهرباء، مما يشير إلى أن مقاومة التآكل للمصفوفة المعدنية العارية ضعيفة وأن المنحل بالكهرباء من السهل اختراق المصفوفة.بالنسبة لطلاء سيراميك الألومينا النقي، كما هو موضح في الشكل 5 (ب2)، على الرغم من أن قنوات التآكل المسامية تتولد بعد التآكل، فإن البنية الكثيفة نسبيًا والمقاومة الممتازة للتآكل لطلاء سيراميك الألومينا النقي تمنع بشكل فعال غزو الإلكتروليت، وهو ما يفسر سبب تحسين فعال لمقاومة طلاء السيراميك الألومينا.

يُقدِّم

التشكل السطحي لـ mwnt-cooh-sdbs، والطلاءات التي تحتوي على 0.2% جرافين والطلاءات التي تحتوي على 0.2% mwnt-cooh-sdbs و0.2% جرافين.يمكن ملاحظة أن الطبقتين المحتويتين على الجرافين في الشكل 6 (B2 وC2) لهما بنية مسطحة، والربط بين الجزيئات في الطلاء محكم، ويتم تغليف الجزيئات المجمعة بإحكام بمادة لاصقة.على الرغم من أن السطح يتآكل بالكهرباء، إلا أنه يتم تشكيل قنوات مسام أقل.بعد التآكل، يكون سطح الطلاء كثيفًا وهناك عدد قليل من الهياكل المعيبة.بالنسبة للشكل 6 (A1، A2)، نظرًا لخصائص mwnt-cooh-sdbs، فإن الطلاء قبل التآكل عبارة عن هيكل مسامي موزع بشكل موحد.وبعد التآكل تصبح مسام الجزء الأصلي ضيقة وطويلة، وتصبح القناة أعمق.بالمقارنة مع الشكل 6 (B2، C2)، فإن الهيكل به المزيد من العيوب، وهو ما يتوافق مع توزيع حجم قيمة مقاومة الطلاء التي تم الحصول عليها من اختبار التآكل الكهروكيميائي.ويظهر أن طلاء سيراميك الألومينا الذي يحتوي على الجرافين، وخاصة خليط الجرافين وأنابيب الكربون النانوية، يتمتع بأفضل مقاومة للتآكل.وذلك لأن بنية أنابيب الكربون النانوية والجرافين يمكن أن تمنع بشكل فعال انتشار الشقوق وتحمي المصفوفة.

5. المناقشة والتلخيص
من خلال اختبار مقاومة التآكل لأنابيب الكربون النانوية وإضافات الجرافين على طلاء سيراميك الألومينا وتحليل البنية المجهرية السطحية للطلاء، تم استخلاص الاستنتاجات التالية:

(1) عندما كان زمن التآكل 19 ساعة، مع إضافة 0.2% من أنابيب الكربون النانوية الهجينة + 0.2% طلاء سيراميك الألومينا من مادة الجرافين المختلطة، زادت كثافة تيار التآكل من 2.890 × 10-6 أمبير / سم2 إلى 1.536 × 10-6 أمبير / cm2، تمت زيادة المعاوقة الكهربائية من 11388 Ω إلى 28079 Ω، وكفاءة مقاومة التآكل هي الأكبر، 46.85%.بالمقارنة مع طلاء سيراميك الألومينا النقي، فإن الطلاء المركب الذي يحتوي على الجرافين وأنابيب الكربون النانوية يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل.

(2) مع زيادة وقت غمر المنحل بالكهرباء، يخترق المنحل بالكهرباء السطح المشترك للطلاء / الركيزة لإنتاج فيلم أكسيد المعدن، مما يعيق تغلغل المنحل بالكهرباء في الركيزة.تنخفض المعاوقة الكهربائية أولاً ثم تزيد، وتكون مقاومة التآكل لطلاء سيراميك الألومينا النقي ضعيفة.أدى هيكل وتآزر أنابيب الكربون النانوية والجرافين إلى منع اختراق المنحل بالكهرباء إلى الأسفل.عند النقع لمدة 19.5 ساعة، انخفضت المعاوقة الكهربائية للطلاء الذي يحتوي على مواد نانوية بنسبة 22.94%، 25.60% و9.61% على التوالي، وكانت مقاومة التآكل للطلاء جيدة.

6. آلية تأثير طلاء مقاومة التآكل
من خلال منحنى Tafel ومنحنى التغيير لقيمة المعاوقة الكهربائية، وجد أن طلاء سيراميك الألومينا مع الجرافين وأنابيب الكربون النانوية وخليطها يمكن أن يحسن مقاومة التآكل للمصفوفة المعدنية، ويمكن للتأثير التآزري للاثنين أن يزيد من تحسين التآكل مقاومة طلاء السيراميك اللاصق.من أجل مواصلة استكشاف تأثير إضافات النانو على مقاومة التآكل للطلاء، تمت ملاحظة الشكل السطحي الدقيق للطلاء بعد التآكل.

يوضح الشكل 5 (A1، A2، B1، B2) الشكل السطحي للفولاذ المقاوم للصدأ 304 المكشوف وسيراميك الألومينا النقي المطلي بتكبير مختلف بعد التآكل.يوضح الشكل 5 (A2) أن السطح بعد التآكل يصبح خشنًا.بالنسبة للركيزة العارية، تظهر عدة حفر تآكل كبيرة على السطح بعد الغمر في المنحل بالكهرباء، مما يشير إلى أن مقاومة التآكل للمصفوفة المعدنية العارية ضعيفة وأن المنحل بالكهرباء من السهل اختراق المصفوفة.بالنسبة لطلاء سيراميك الألومينا النقي، كما هو موضح في الشكل 5 (ب2)، على الرغم من أن قنوات التآكل المسامية تتولد بعد التآكل، فإن البنية الكثيفة نسبيًا والمقاومة الممتازة للتآكل لطلاء سيراميك الألومينا النقي تمنع بشكل فعال غزو الإلكتروليت، وهو ما يفسر سبب تحسين فعال لمقاومة طلاء السيراميك الألومينا.

التشكل السطحي لـ mwnt-cooh-sdbs، والطلاءات التي تحتوي على 0.2% جرافين والطلاءات التي تحتوي على 0.2% mwnt-cooh-sdbs و0.2% جرافين.يمكن ملاحظة أن الطبقتين المحتويتين على الجرافين في الشكل 6 (B2 وC2) لهما بنية مسطحة، والربط بين الجزيئات في الطلاء محكم، ويتم تغليف الجزيئات المجمعة بإحكام بمادة لاصقة.على الرغم من أن السطح يتآكل بالكهرباء، إلا أنه يتم تشكيل قنوات مسام أقل.بعد التآكل، يكون سطح الطلاء كثيفًا وهناك عدد قليل من الهياكل المعيبة.بالنسبة للشكل 6 (A1، A2)، نظرًا لخصائص mwnt-cooh-sdbs، فإن الطلاء قبل التآكل عبارة عن هيكل مسامي موزع بشكل موحد.وبعد التآكل تصبح مسام الجزء الأصلي ضيقة وطويلة، وتصبح القناة أعمق.بالمقارنة مع الشكل 6 (B2، C2)، فإن الهيكل به المزيد من العيوب، وهو ما يتوافق مع توزيع حجم قيمة مقاومة الطلاء التي تم الحصول عليها من اختبار التآكل الكهروكيميائي.ويظهر أن طلاء سيراميك الألومينا الذي يحتوي على الجرافين، وخاصة خليط الجرافين وأنابيب الكربون النانوية، يتمتع بأفضل مقاومة للتآكل.وذلك لأن بنية أنابيب الكربون النانوية والجرافين يمكن أن تمنع بشكل فعال انتشار الشقوق وتحمي المصفوفة.

7. المناقشة والتلخيص
من خلال اختبار مقاومة التآكل لأنابيب الكربون النانوية وإضافات الجرافين على طلاء سيراميك الألومينا وتحليل البنية المجهرية السطحية للطلاء، تم استخلاص الاستنتاجات التالية:

(1) عندما كان زمن التآكل 19 ساعة، مع إضافة 0.2% من أنابيب الكربون النانوية الهجينة + 0.2% طلاء سيراميك الألومينا من مادة الجرافين المختلطة، زادت كثافة تيار التآكل من 2.890 × 10-6 أمبير / سم2 إلى 1.536 × 10-6 أمبير / cm2، تمت زيادة المعاوقة الكهربائية من 11388 Ω إلى 28079 Ω، وكفاءة مقاومة التآكل هي الأكبر، 46.85%.بالمقارنة مع طلاء سيراميك الألومينا النقي، فإن الطلاء المركب الذي يحتوي على الجرافين وأنابيب الكربون النانوية يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل.

(2) مع زيادة وقت غمر المنحل بالكهرباء، يخترق المنحل بالكهرباء السطح المشترك للطلاء / الركيزة لإنتاج فيلم أكسيد المعدن، مما يعيق تغلغل المنحل بالكهرباء في الركيزة.تنخفض المعاوقة الكهربائية أولاً ثم تزيد، وتكون مقاومة التآكل لطلاء سيراميك الألومينا النقي ضعيفة.أدى هيكل وتآزر أنابيب الكربون النانوية والجرافين إلى منع اختراق المنحل بالكهرباء إلى الأسفل.عند النقع لمدة 19.5 ساعة، انخفضت المعاوقة الكهربائية للطلاء الذي يحتوي على مواد نانوية بنسبة 22.94%، 25.60% و9.61% على التوالي، وكانت مقاومة التآكل للطلاء جيدة.

(3) نظرًا لخصائص أنابيب الكربون النانوية، فإن الطلاء المضاف مع أنابيب الكربون النانوية وحدها له بنية مسامية موزعة بشكل موحد قبل التآكل.وبعد التآكل تصبح مسام الجزء الأصلي ضيقة وطويلة، وتصبح القنوات أعمق.يحتوي الطلاء الذي يحتوي على الجرافين على هيكل مسطح قبل التآكل، والجمع بين الجزيئات في الطلاء قريب، ويتم تغليف الجزيئات المجمعة بإحكام بمادة لاصقة.على الرغم من أن السطح يتآكل بالكهرباء بعد التآكل، إلا أن هناك عددًا قليلاً من القنوات المسامية ولا يزال الهيكل كثيفًا.يمكن لهيكل أنابيب الكربون النانوية والجرافين أن يمنع بشكل فعال انتشار الشقوق ويحمي المصفوفة.